基于压力悬浮法的单晶硅密度差值精密计量装置研究

发布时间：2017-10-05 08:02

  本文关键词：基于压力悬浮法的单晶硅密度差值精密计量装置研究

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【摘要】：密度作为计量领域导出物理量,是国际贸易计量、民生计量中必不可少的计量物理量。单晶硅晶体是设立固体密度计量基准的最佳材料,同时也是阿伏伽德罗常数NA计算的首选材料。因此本课题基于压力悬浮法设计了单晶硅球密度差值精密计量系统。单晶硅球密度差值计量系统能够精确测量单晶硅球间密度差异,实现密度值的等精度量值传递,同时为NA计算的单晶硅材料选择提供依据。本课题研究的主要内容如下:1.回顾了国内外单晶硅密度计量现状,分析了“静力称重法”、“磁力悬浮法”、“压力悬浮法”三种密度差值测量方法的优缺点,采用压力悬浮法(PFM)测量单晶硅密度差值,为单晶硅密度差值的精密测量提供理论依据。2.分析了系统的测量原理,并设计了一种单晶硅球密度差值测量装置,包括:密度比较容器、温度控制系统、压力控制系统、电荷耦合元件(CCD)图像采集模块等。针对测量装置高精密测量要求,研究了温度、压力和CCD图像识别模块的计量精度特性。3.单晶硅球放置于含有三溴丙烷和二溴乙烷的混合工作液体(WL-2329)中,利用振动管式密度计测量、计算工作液体热胀系数;设计了一种工作液体的压缩系数计算方法,并且分析了工作液体压缩热效应的影响。4.对单晶硅球间密度差值测量试验,分析测量结果和系统的不确定度分量,对测量不确定度进行评定,其相对标准不确定度为1.51×10-7,表明压力悬浮法具有高密度分辨率。
【关键词】：压力悬浮 单晶硅球 密度测量 不确定度
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH715.2;TN304.12
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 1 绪论15-21
• 1.1 课题研究背景和意义15-16
• 1.2 单晶硅密度测量技术概况16-19
• 1.2.1 国内外密度计量现状16-17
• 1.2.2 静力称重法17
• 1.2.3 磁力悬浮法17-18
• 1.2.4 压力悬浮法（ PFM）18-19
• 1.3 本文主要内容和结构19-21
• 1.3.1 本文研究内容19
• 1.3.2 本文结构安排19-21
• 2 系统总体方案设计21-44
• 2.1 系统的测量原理21-26
• 2.1.1 PFM原理21-24
• 2.1.2 系统参数24-25
• 2.1.3 系统技术指标25-26
• 2.2 系统硬件构成26-39
• 2.2.1 单晶硅晶体27-28
• 2.2.2 密度比较容器28-30
• 2.2.3 温度控制模块30-33
• 2.2.4 压力控制模块33-35
• 2.2.5 CCD图像识别模块35-39
• 2.3 软件设计39-43
• 2.3.1 软件设计基本思路39-40
• 2.3.2 软件介绍40-43
• 2.4 本章小结43-44
• 3 压力悬浮装置精度测试44-49
• 3.1 温度测试44-46
• 3.1.1 长周期恒温测试44-45
• 3.1.2 短周期恒温测试45
• 3.1.3 温度平衡测试45-46
• 3.2 压力测试46
• 3.3 坐标测试46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 系统参数计算49-57
• 4.1 热胀系数研究49-52
• 4.1.1 热胀系数测量原理50
• 4.1.2 热胀系数测量试验50-52
• 4.2 压缩系数研究52-56
• 4.2.1 压缩热效应原理52-53
• 4.2.2 压缩热效应试验分析53-54
• 4.2.3 WL-2329 压缩系数计算54-56
• 4.3 本章小结56-57
• 5 单晶硅密度差值测量研究57-68
• 5.1 单晶硅相对密度差值57-59
• 5.2 测量装置不确定度评定59-64
• 5.2.1 A类不确定度评定59-60
• 5.2.2 B类不确定度评定60-63
• 5.2.3 MCM法不确定度评定63-64
• 5.3 不确定度评定软件64-67
• 5.3.1 GUM法不确定度软件65-67
• 5.3.2 MCM法不确定度软件67
• 5.4 GUM法和MCM法比较67-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-73
• 附录A X射线晶体密度法(XRCD)原理73-74
• 作者简介74

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